Contribució a l'etapa de filtratge en l'estudi d'imatges de ressonància magnètica funcional. Aplicació a l'anàlisi d'una tasca d'atenció sostinguda

L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir a trobar mètodes d’eliminació de soroll en imatges de ressonància magnètica funcional, que difereixin dels tradicionals i que permetin una major extracció d’informació durant el procés d’anàlisis. El primer capítol fa una introducció a la ressonància magnètica funcional. El segon capítol explica molt breument la problemàtica que provoquen les altes concentracions de soroll a les dades. El capítol número tres fa un repàs de les contribucions portades a terme durant la realització d’aquest treball. El quart capítol exposa de manera breu les estades de recerca portades a terme. El cinquè capítol està dedicat a resoldre el problema de la presència de soroll en les imatges de ressonància magnètica i planteja l’ús de diferents tècniques de filtratge. El capítol sis es focalitza en els resultats obtinguts, tant amb dades artificials com experimentals i fa una discussió de les implicacions d’aquests. Finalment, el setè capítol mostra les conclusions.El objetivo de esta tesis es contribuir a encontrar métodos de eliminación de ruido en imágenes de resonancia magnética funcional, que difieran de los tradicionales y que permitan una mayor extracción de información durante el proceso de análisis. El primer capítulo hace una introducción a la resonancia magnética funcional. El segundo capítulo explica muy brevemente la problemática que provocan las altas concentraciones de ruido en los datos. El capítulo número tres hace un repaso de las contribuciones realizadas durante la realización de este trabajo. El cuarto capítulo expone de manera breve las estancias de investigación llevadas a cabo. El quinto capítulo está dedicado a resolver el problema de la presencia de ruido en las imágenes de resonancia magnética y plantea el uso de diferentes técnicas de filtrado. El capítulo seis se focaliza en los resultados obtenidos, tanto con datos artificiales como experimentales y hace una discusión de las implicaciones de estos. Finalmente, el séptimo capítulo muestra las conclusiones.The aim of this thesis is to contribute to find methods of noise removal in functional magnetic resonance imaging, which differ from the traditional and allow a greater extraction of information during the process of analysis. The first chapter introduces the functional magnetic resonance imaging. The second chapter explains briefly the problems that cause high levels of noise in the data. The chapter number three is a review of the contributions carried out during the realization of this work. The fourth chapter presents briefly the research stays performed. The fifth chapter focuses on solving the problem of the presence of noise in magnetic resonance imaging and proposes the use of different filtering techniques as a solution. The chapter 6 is focused on the results, with both artificial and experimental data and discusses the different results. Finally, the seventh chapter shows the conclusions

Bases cerebrales de la atención sostenida y la memoria de trabajo: un estudio de resonancia magnética funcional basado en el Continuous Performance Test

Introducción. Uno de los paradigmas más utilizados en el estudio de la atención es el Continuous Performance Test (CPT). La versión de pares idénticos (CPT-IP) se ha utilizado ampliamente para evaluar los déficits de atención en los trastornos del neurodesarrollo, neurológicos y psiquiátricos. Sin embargo, la localización de la activación cerebral de las redes atencionales varía significativamente según el diseño de resonancia magnética funcional (RMf) usado. Objetivo. Diseñar una tarea para evaluar la atención sostenida y la memoria de trabajo mediante RMf para proporcionar datos de investigación relacionados con la localización y el papel de estas funciones. Sujetos y métodos. El estudio contó con la participación de 40 estudiantes, todos ellos diestros (50%, mujeres; rango: 18-25 años). La tarea de CPT-IP se diseñó como una tarea de bloques, en la que se combinaban los períodos CPT-IP con los de reposo. Resultados. La tarea de CPT-IP utilizada activa una red formada por regiones frontales, parietales y occipitales, y éstas se relacionan con funciones ejecutivas y atencionales. Conclusiones. La tarea de CPT-IP utilizada en nuestro trabajo proporciona datos normativos en adultos sanos para el estudio del sustrato neural de la atención sostenida y la memoria de trabajo. Estos datos podrían ser útiles para evaluar trastornos que cursan con déficits en memoria de trabajo y en atención sostenida.Introduction. One of the most used paradigms in the study of attention is the Continuous Performance Test (CPT). The identical pairs version (CPT-IP) has been widely used to evaluate attention deficits in developmental, neurological and psychiatric disorders. However, the specific locations and the relative distribution of brain activation in networks identified with functional imaging, varies significantly with differences in task design. Aim. To design a task to evaluate sustained attention using functional magnetic resonance imaging (fMRI), and thus to provide data for research concerned with the role of these functions. Subjects and methods. Forty right-handed, healthy students (50% women; age range: 18-25 years) were recruited. A CPT-IP implemented as a block design was used to assess sustained attention during the fMRI session. Results. The behavioural results from the CPT-IP task showed a good performance in all subjects, higher than 80% of hits. fMRI results showed that the used CPT-IP task activates a network of frontal, parietal and occipital areas, and that these are related to executive and attentional functions. Conclusions. In relation to the use of the CPT to study of attention and working memory, this task provides normative data in healthy adults, and it could be useful to evaluate disorders which have attentional and working memory deficits

Adaptive Smoothing Applied to fMRI Data

IJCCI 2012One problem of fMRI images is that they include some noise coming from many other sources like the heart beat, breathing and head motion artifacts. All these sources degrade the data and can cause wrong results in the statistical analysis. In order to reduce as much as possible the amount of noise and to improve signal detection, the fMRI data is spatially smoothed prior to the analysis. The most common and standardized method to do this task is by using a Gaussian filter. The principal problem of this method is that some regions may be under-smoothed, while others may be over-smoothed. This is caused by the fact that the extent of smoothing is chosen independently of the data and is assumed to be equal across the image. To avoid these problems, we suggest in our work to use an adaptive Wiener filter which smooths the images adaptively, performing a little smoothing where variance is large and more smoothing where the variance is small. In general, the results that we obtained with the adaptive filter are better than those obtained with the Gaussian kernel. In this paper we compare the effects of the smoothing with a Gaussian kernel and with an adaptive Wiener filter, in order to demonstrate the benefits of the proposed approach

A Hitchhiker's guide to functional magnetic resonance imaging

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) studies have become increasingly popular both with clinicians and researchers as they are capable of providing unique insights into brain functions. However, multiple technical considerations (ranging from specifics of paradigm design to imaging artifacts, complex protocol definition, and multitude of processing and methods of analysis, as well as intrinsic methodological limitations) must be considered and addressed in order to optimize fMRI analysis and to arrive at the most accurate and grounded interpretation of the data. In practice, the researcher/clinician must choose, from many available options, the most suitable software tool for each stage of the fMRI analysis pipeline. Herein we provide a straightforward guide designed to address, for each of the major stages, the techniques, and tools involved in the process. We have developed this guide both to help those new to the technique to overcome the most critical difficulties in its use, as well as to serve as a resource for the neuroimaging community.This article has been developed under the scope of the project NORTE-01-0145-FEDER-000013, supported by the Northern Portugal Regional Operational Programme (NORTE 2020), under the Portugal 2020 Partnership Agreement, through the European Regional Development Fund (FEDER). We are also thankful to FCT-ANR/NEU-OSD/0258/2012 founded by FCT/MEC. RM and PSM are supported by FCT fellowship grants, from the Ph.D.-iHES program, with the references PDE/BDE/113604/2015 and PDE/BDE/113601/2015, respectively. PM is supported by a grant from the project “Better mental health during ageing based on temporal prediction of individual brain ageing trajectories (TEMPO)” (Contract grant number: P-139977) funded by Fundação Calouste Gulbenkian.info:eu-repo/semantics/publishedVersio